文档介绍：生态环境学报 2012, 21(7): 1361-1365
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基于高光谱技术的土壤镉污染分级评价研究
刘彦姝 1,潘勇 2, 3
1. 湖南大众传媒职业技术学院,湖南长沙 410100;2. 中南大学地球科学与信息物理学院,湖南长沙 410083;
3. 长沙师范高等专科学校,湖南长沙 410083

摘要:提出一种利用高光谱技术进行土壤镉污染分级评价的方法。以 FieldSpec®3 地物光谱仪采集厂矿区土壤光谱反射率 175
份,随机分成校正集(135 份)和检验集(40 份)。光谱经小波去噪和标准归一化(SNV)处理后,以主成分分析法(PCA)降维。
将降维所得的前 5 个主成分数据为输入变量,分别采用 Fisher 线性判别、Byes 逐步判别、模糊模式识别、BP-ANN 判别以
及 SVM 5 种方法建立了土壤镉污染分级评价模型,并利用 40 个未知样对模型进行检验。结果表明:Fisher 线性判别准确率
为 %,Byes 逐步判别与模糊模式识别预测为 %,BP-ANN 模型预测精度为 %,SVM 模型预测精度最高,达 %。
说明采用高光谱技术进行土壤镉污染分级评价是可行,其中 SVM 是建模的优选算法。
关键词:高光谱;镉污染;土壤;判别;支持向量机
中图分类号:TP722; 文献标志码:A 文章编号:1674-5906(2012)07-1361-05
镉是冶金、电镀、颜料制造以及塑胶生产等行光谱采集所用的仪器包括 FieldSpec®3 地物光
业的重要原料,在现代工业中具有广泛的用途。但谱仪、恒温箱以及直径 75 mm 的玻璃皿。
镉也是重要的污染物,在生物体内的半衰期长达 30 FieldSpec®3 地物光谱仪为美国 ASD 公司产品,波
年,会对人体产生严重危害。随着采矿、冶炼和电长范围为 350~2 500 nm;光谱分辨率在 700 nm 达 3
镀工业的不断发展,镉污染越来越严重。含镉的污 nm,1400与 2100 nm为 10 nm;采样间隔为 1 nm。
染物通过各种途径进入土壤,使农作物产量和质量土壤样本及其光谱数据采集
下降, 从而通过食物链危害人类的健康[1-2],如何有欲研究高光谱监测土壤镉污染的可行性,须获
效地进行镉污染的监测与治理已成为一个全球关取遭受不同污染程度的土壤样本,故本研究所采用
注的问题[3-4]。目前,土壤镉污染的评价一般采用化的土样采集区域包括严重污染的某市矿区、电镀厂
学分析方法,即将所采土样带回实验室进行预处理周边地带以及远离厂矿的无污染区域。将采集土样
后以原子吸收光谱法测定镉含量以确定污染等级在干燥后粉碎搅匀,再将其置于玻璃皿中进行光谱
[5]。这一方法虽具有可靠、重复性好的特点,但对采集。测样在暗室中进行,采用仪器自带的卤素灯
样品预处理时间较长,存在耗时耗力、操作复杂等为唯一光源。探头选用 3°视场角,与样本之间保持
缺陷,且在大批量的样本检测中存在耗费过高的问垂直,下部距样本 cm。光源距样本 35 cm,与
题。因此,如何实现土壤